N2微空心阴极放电特性及其阴极溅射的PIC/MC模拟

采用两维PIC/MCC模型模拟了氮气微空心阴极放电以及轰击离子 (N₂⁺,N⁺) 的钛阴极溅射. 主要计算了氮气微空心阴极放电离子 (N₂⁺,N⁺) 及溅射原子Ti的行为分布, 并研究了溅射Ti 原子的热化过程. 结果表明: 在模拟条件下, 空心阴极效应是负辉区叠加的电子震荡; 在对应条件下, 微空心较传统空心放电两种离子 (N₂⁺,N⁺) 密度均大两个量级, 两种离子的平均能量的分布及大小几乎相同; 在放电空间N⁺的密度约为N₂⁺的1/6, 最大能量约大2倍; 在不同参数 (P, T, V)下, 轰击阴极内表面的氮离子(N₂⁺,N⁺)的密度近似均匀, 其平均能量几乎相等; 从阴极溅射出的Ti原子的初始平均能量约6.8 eV, 离开阴极约0.15 mm处几乎完全被热化. 模拟结果为N₂微空心阴极放电等离子体特性的认识提供了参考依据. 关键词： 微空心阴极放电 PIC/MC模拟 2等离子体')" href="#">N₂等离子体     

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开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N2传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明,不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似,但空心阴极孔径减小且气压增加时,电场近似线性增加;典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级;微空心阴极放电产生的电子,氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级,且微空心阴极放电中,N2+密度比N+密度大8倍以上。     

N_2空心阴极放电向微空心阴极放电转变的PIC/MC模拟

开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N2传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明,不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似,但空心阴极孔径减小且气压增加时,电场近似线性增加;典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级;微空心阴极放电产生的电子,氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级,且微空心阴极放电中,N2+密度比N+密度大8倍以上。     

空心阴极直流放电的二维自洽模型描述和阴极溅射分析

建立了空心阴极放电的二维自洽理论模型,理论研究了气压为50—120Pa,电压为150—300V的范围内Ar空心阴极放电特性、粒子密度和电离速率空间分布,特别考察了影响阴极溅射分布有关因素:阴极面上的电场、离子流和离子密度的沿阴极截面的空间分布.研究结果不仅证实了在所讨论的范围内,空心阴极效应明显存在而且发现归一化电离速率的空间分布形状强烈依赖于气压.通过研究电场、离子流和离子密度的空间分布解释了空心阴极溅射型离子激光器中不均匀阴极溅射的现象来源于阴极面附近的电场、离子流和离子密度的不均匀分布 关键词： 空心阴极放电 自洽模型 气体激光 阴极溅射     

微空心阴极放电的流体模型模拟

采用流体模型研究了微空心阴极放电(MHCD)的特点，对放电中电场的形成，电子和离子的密度分布，电子能量分布进行了数值模拟.该计算是针对高气压，圆筒形阴极结构下的He放电.结果表明放电中存在空心阴极效应，从电子能量分布可以看出，放电中存在高能电子，放电空间的电场分布主要表现为径向电场.此外，通过改变气压，阴极孔径等参数计算出它们对放电的影响.分析表明减小孔径有利于负辉区更充分的重合.提高气压将缩短阴极位降区. 关键词： 微空心阴极放电 流体模型     

微空心阴极放电的Monte Carlo模拟研究

基于MATLAB与VC++混合语言，采用Monte Carlo模拟对高气压下亚毫米级微空心阴极放电（MHCD）中电子的运动过程进行了研究，计算出不同气压下的稳态时场向电子密度分布，电子能量分布以及对各种碰撞的统计等.分析表明：高气压下微空心阴极放电更能反映空心阴极效应——“来回振荡”的本质.通过模拟得到，电子在阴极间来回振荡的过程中，仍以前向散射为主.随着气压的升高，侧向散射效应逐渐体现出来. 关键词： 微空心阴极 Monte Carlo 负辉区 碰撞截面     

槽型空心阴极放电中槽底阴极面的电子发射对放电的影响

运用粒子和流体组合模型理论研究了槽型空心阴极放电中槽底阴极面上二次电子发射对放电等离子体特性、电离特性及阴极溅射的影响.研究表明,从槽底阴极面发射的电子在进入负辉区后,可以形成振荡电子,因而具有增强电离的作用.根据各阴极面上的离子的空间分布可以推知槽底附近的阴极面上的溅射较强,这可以解释槽型空心阴极放电实验中观察到的因溅射导致槽底截面形状圆形化的现象.     

槽型空心阴极放电中槽底阴极面的电子发射对放电的影响

运用粒子和流体组合模型理论研究了槽型空心阴极放电中槽底阴极面上二次电子发射对放电等离子体特性、电离特性及阴极溅射的影响.研究表明,从槽底阴极面发射的电子在进入负辉区后,可以形成振荡电子,因而具有增强电离的作用.根据各阴极面上的离子的空间分布可以推知槽底附近的阴极面上的溅射较强,这可以解释槽型空心阴极放电实验中观察到的因溅射导致槽底截面形状圆形化的现象     

流体-亚稳态原子传输混合模型模拟空心阴极放电特性

利用流体-亚稳态原子传输混合模型研究了氩气矩形空心阴极放电稳态时的参数. 数值计算得到了压强为10 Torr时的电势、电子、离子和亚稳态氩原子密度以及电子平均能量的分布. 结果表明电子和离子密度峰值为4.7×10¹² cm^-3, 亚稳态原子密度峰值为2.1×10¹³ cm^-3. 本文同时对流体-亚稳态原子传输混合模型和单一流体模型模拟得到的放电参数进行了比较. 结果表明, 分步电离是新电子产生的重要来源, 亚稳态原子对空心阴极放电特性有重要影响. 与单一流体模型相比, 混合模型计算得到的电子密度升高, 阴极鞘层宽度和电子平均能量降低. 关键词： 空心阴极放电 流体-亚稳态原子传输模型 电子密度 分步电离     

气体放电空心阴极鞘层氩离子的蒙特-卡罗模拟研究

建立了气体放电空心圆筒阴极鞘层离子的自洽蒙特-卡罗模拟模型,对鞘层区内离子的输运过程进行了研究。考虑了离子与中性原子的电荷交换碰撞和弹性散射,用到了精确依赖于离子能量的电荷交换和动量输运截面。模拟了氩离子在空心阴极鞘层中的运动,得到了不同放电条件下自洽电场分布,离子的能量分布,角分布以及电子密度分布和离子密度分布。计算结果表明:离子在由鞘层边界向阴极运动过程中,离子能量分布的高能部分逐渐增大,角分布向小角度部分压缩,鞘层中的强电场对离子起加速和聚焦作用;在鞘层内离子密度分布比较均匀,只是在鞘层边界附近变化 关键词：     

强流离子源新型LaMo阴极实验研究

对从美国购进的强流离子源新型LaMo阴极的发射特性以及用于强流离子源阴极的放电性能进行了测试.实验结果表明了LaMo阴极是一种有效的热阴极发射体,且该阴极用于强流离子源时,离子源工作稳定,放电起弧正常,使用寿命大大延长(相对于LaB₆阴极).从实际应用来看,LaMo阴极确是强流离子源的一种有效的新型阴极.     

K_2Te(Cs)日盲紫外光电阴极研究

研究了K2Te(Cs)日盲紫外阴极的制作工艺并制作了K2Te(Cs)日盲紫外阴极.测量了K2Te(Cs)日盲紫外阴极样品的光谱响应、光谱反射率和250nm波长激发条件下的荧光谱,测量结果表明:与Cs2Te日盲紫外阴极相比,在现有工艺条件下,K2Te(Cs)日盲紫外阴极的灵敏度高于Cs2Te日盲紫外阴极,光谱响应的峰值波长更短,位于250nm,而长波截止波长位于336nm;633nm的光谱灵敏度为10-4 mA/W数量级,较Cs2Te日盲紫外阴极低一个数量级.光谱反射率测量结果表明:K2Te(Cs)日盲紫外阴极的光谱反射率在200~437nm的波长范围内,均高于Cs2Te日盲紫外阴极,而在437~600nm的波长范围内,反射率却与Cs2Te日盲紫外阴极基本相同;折射率及消光系数也低于Cs2Te日盲紫外阴极.荧光谱测试结果表明:在同样条件下,250~350nm波长范围内,由于K2Te(Cs)紫外阴极的荧光强于Cs2Te紫外阴极,因此跃迁电子数量更多,阴极灵敏度更高,比较适用于日盲紫外探测成像器件的制造.     

二极管爆炸发射阴极等离子体的膨胀扩展

分析了二极管中爆炸发射产生阴极等离子体的演化特征,在考虑了阴极等离子体朝阳极膨胀运动使二极管阴阳极间距缩短这一效应的同时,还计入了阴极等离子体沿发射表面径向扩展运动对二极管有效发射面积的影响。基于Child-Langmuir定律,利用在一个四脉冲强流电子束源装置上得到的电流、电压等实验数据,假定阴极等离子体轴向膨胀和径向扩展速度近似相等,研究了阴极等离子体的膨胀扩展动力学行为。计算结果表明,阴极等离子体朝阳极的膨胀和沿径向的扩展速度为0.9～2.8 cm/s。     

钛基纳米金刚石涂层场发射阴极

设计了一种新的金刚石场发射阴极工艺.用旋涂法在金属钛片上涂覆纳米金刚石涂层，经过适当条件的真空热处理，实现钛与金刚石之间的化学键合即欧姆接触，从而形成以金属钛为衬底，碳化钛键合层为过渡层，金刚石纳米颗粒为场发射体的场发射阴极.样品的阈值场强可达6.3V/μm，场发射电流密度在21 V/μm场强下可达到60.7 μA/cm2.提出了样品的结构模型,并分析了其电子输运方式.样品的Fowler-Nordheim曲线基本为一直线，根据经典场发射理论，可以证实其电子发射机制为场发射.观察到在获得稳定的场发射性能之前存在激发过程，并对其作了简单解释.     

Optogalvanic Effects in a Hollow Cathode Discharge at Irradiation with its Original Spectrum

An evaluation is made and some experiments are carried out which prove the possibility of optogalvanic effect appearing in experiments using hollow cathode discharge not only when one hollow cathode discharge is irradiated by another but also in the simplest possibly experimental scheme where only one hollow cathode discharge plays simultaneously the role of an emitter and an irradiator.     

金属氟化物对聚合物发光二极管发光性能的提高

在以聚合物发光材料MEH-PPV为发光层的聚合物发光二极管(PLEDs)的金属阴极与聚合物发光层之间插入一层绝缘的金属氟化物,发光器件的发光性能有所提高,而且绝缘层的厚度会影响器件性能提高的最终效果。特别是具有LiF／Al的双层电极的发光器件,其发光特性与工作性能优良,但稳定性较差的Ba(Ca)／Al电极结构器件的发光特性具有可比性。初步分析表明绝缘层的插入造成了发光聚合物层与金属电极界面的能带发生弯曲,降低了发光器件中少数载流子电子的注入势垒,提高了发光器件中少数载流子电子的注入效率。从而最终导致了发光器件的开启电压、发光强度、外量子效率及电流效率等发光性能指标的显著提高。     

大面积热阴极系统设计及初步实验结果

建立了能满足大面积热阴极系统需要的2MeV热阴极实验平台, 并配合研制了直径为100mm的B型储备式热阴极. 在二极管电压为1.8MV、脉宽90ns(FWHM)、阴极工作温度为1350℃情况下, 利用法拉第筒获得了1000A的发射电流, 发射电流密度约12A/cm². 实验结果表明, 利用大面极热阴极获得高亮度强流电子束在工程上是可以实现的. 实验结果也表明, 阴极发射能力强烈依靠于二极管真空和阴极工作温度.     

阴极氧化对逸出功的影响

为了探索阴极的氧化程度对环形He-Ne激光器引燃特性的影响,利用光电减速场法研究阴极材料的逸出功随阴极氧化的变化情况.在高真空条件下,用自制的卢基尔斯基球形光电测试平台和平行电极光电-放电器件,通过实验测出了铝作为放电器件的冷阴极在氧化工艺处理前后的逸出功及逸出功的值随氧化程度的变化情况.实验测得铝阴极在自然氧化后的逸出功为2.60±0.2 eV,此时被测铝阴极表面氧的质量百分比为3.2%.经不同时间氧化工艺处理的铝阴极,其逸出功随氧化时间的增长而降低.解释了铝阴极逸出功测量值可能处于2.5~4.3 eV之间的原因.由实验结果得到在一定范围内,氧化时间越长,材料的逸出功越小,越有利于环形He-Ne激光器的点燃.但阴极氧化也会影响气体放电过程的着火点压和阴极位降,因此对最佳氧化时间的选择要综合考虑这两方面的因素.     

阴极氧化对逸出功的影响

为了探索阴极的氧化程度对环形He-Ne激光器引燃特性的影响,利用光电减速场法研究阴极材料的选出功随阴极氧化的变化情况.在高真空条件下,用自制的卢基尔斯基球形光电测试平台和平行电极光电-放电器件,通过实验测出了铝作为放电器件的冷阴极在氧化工艺处理前后的逸出功及逸出功的值随氧化程度的变化情况.实验测得铝阴极在自然氧化后的选出功为2.60±0.2 eV,此时被测铝阴极表面氧的质量百分比为3.2％.经不同时间氧化工艺处理的铝阴极,其选出功随氧化时间的增长而降低.解释了铝阴极选出功测量值可能处于2.5～4.3 eV之间的原因.由实验结果得到在一定范围内,氧化时间越长,材料的逸出功越小,越有利于环形He-Ne激光器的点燃.但阴极氧化也会影响气体放电过程的着火点压和阴极位降,因此对最佳氧化时间的选择要综合考虑这两方面的因素.